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摘要：本文介绍一种基于单片机的温度测控系统。通过单片机定期采样，利用温度传感器采集的温度数据，在其内部进行模拟信号与数字信号的转换，同时将数据显示在数码管上。当温度超过原先设定的上下限值时，报警系统控制一个蜂鸣器发音。在进行温度测量之前可对系统测量的温度范围进行设定。通过以上设置可有效达到温度控制的目的。
关键词：单片机；温度控制；蜂鸣器；数码管
1引言
温度控制系统广泛应用于各领域，比如温室种植、冷藏、冶金等。在现当代的生产与生活当中，人们对于温度控制的现实需求越来越大。而随着科技的快速发展，温度控制的精度与快速性得到了极大的提高，这很大程度上促进了产品的生产，同时也提高了人们的生活质量。从温度控制系统的提出，到现如今发展到包括PID控制、模糊控制、神经控制等方法，温控系统的发展从未停止过前进的脚步。而伴随着电子科技的迅猛发展，电子器件的加入使得温度控制系统的前景更加开阔。利用简单的电子元件可以方便研究人员更好地进行设计与开发，而模块化的设计与廉价的电子器件，让温度控制在电子行业中占得头衔。本文将采用AT89C51单片机，DS1621温度传感器等元器件完成温度测控系统。DS1621温度传感器是由DALLAS公司生产的具有2-WIRE结构的数字温度传感器，它能够利用I²C接口与单片机进行连接，且能够将模拟信号转换为数字信号，方便的同时有效地减少了资源的消耗。系统还设有按键功能，可进行温度范围的设定，而温度调控部分将会对温度进行升温或是降温处理。
2 温度控制系统总体框图
温度控制系统所采用的设备装置主要由单片机、温度传感器、温度调节装置和显示器组成。温度采集系统将采集到的数据传递给单片机，经过单片机的处理后在数据显示装置上进行数值显示，同时与原先设定的温度进行对比，之后通过温度调节装置进行温度的升高和降低。具体结构如图1所示。
3 温度采集电路
温度采集系统是使用DS1621温度传感器与AT89C51单片机进行相连，利用DS1621温度传感器进行温度的测量和信号的转换，通过I²C总线传递给AT89C51单片机，以此做到温度的采集及传输。为了提高测量精度和测量范围，本文设计的的是多点测量，将3块DS1621温度传感器并联一起，同时利用A0、A1、A2口进行地址设定，从而让每个温度传感器都可测得数据。而最终在显示器上显示的是这三个数值的平均值。图2为AT89C51单片机与DS1621温度传感器连接的温度采集电路图。
4 液晶显示电路图
显示电路采用的是LCD1602液晶显示器，通过程序编辑可显示温度的设定范围，以及DS1621温度传感器测得的实时数值，另外为方便数值调整及切换，1602还将显示功能值。根据设计要求设计如图3所示的液晶显示电路：
5温度控制电路
温度控制电路主要实现的目的是进行温度的“升高”与“降低”，在进行测量之前我们会设置一个温度的范围，当从单片机传递过来的测量平均值高于DS1621温度传感器中原先设定的最高值时，单片机会给固态寄存器发出一个高电平，然后通过继电器进行开关的“通”与“断”操作，从而使得风扇开始运作（考虑到成本与简化操作目的，这里使用的降温方式为风扇降温）；而当从单片机传递回来的测量平均值低于原先设定的最低温度值时，单片机会给另一个固态继电器传递一个高电平信号，然后通过继电器进行开关的“通”与“断”操作，从而使得加热电阻开始通电，达到加热的效果。通过这两个控温装置，再进行编程，即可达到控制温度的目的。温控系统降温电路如图4所示，温控系统升温电路如图5所示。
6报警电路
报警电路由一个电阻、一个蜂鸣器和一个NPN构成，当对单片机的I/O口通低电平信号时，蜂鸣器通电并开始报警。该电路的主要实现目的是当温度超出原先设定的温度值时，报警系统会发出报警信号。具体电路如下图6所示：
7 按键系统
按键部分主要由K1、K2、K3、K4四个按键开关组成，主要实现的功能是对温度测量范围的设定，K1的功能是选择模式，当电路通电启动后，按一次K1键可在1602上显示出2，此时可通过K2、K3键进行对最高值的设定；当再次按K2键时2会变成1，此时可进行对最低值的设定。而K2、K3键分别为增加、降低的功能，两者按一次均可对数值的单次调整，最后的K4键为确定键，当设定完毕后可通过按K4键对所设的温度范围进行确定及保存，同时数值1会变成0，该状态下表示为确定。图7为按键系统。
8 仿真软件程序线路调试
通过硬件的设计与软件的编写，在PROTEUS上进行系统的仿真。一开始先化整为零，将总系统划分为单一的模块，方便检查与编写程序。然后将每个模块进行连接调试，通过keil软件将程序生成HEX文件，最后在PROTEUS软件上进行仿真。图8系统仿真图中包含着报警系统、按键系统、温度测量系统、温度调控系统以及存储系统。其中存储系统为AT24C04存储器，该存储器具有与I²C相兼容的接线接口，具有简单的存储功能，本文不多做介绍。
进行系统电路的调试，将HEX文件导入单片机中，利用按键设置温度上下限，当平均温度高于原先设定的最高值时，蜂鸣器报警。
降温设备开始运作，如图9所示。图中P22口显示为蓝色。标志着此时报警系统是在运作，另外P21口也显示为蓝色，同样标志着此时的降温设备是在运作。同样方法，当平均温度值低于原先设定的最低温度值时蜂鸣器启动开始报警。升温设备开始运作， P22口显示为蓝色。标志着此时报警系统是在运作，另外P20口也显示为蓝色，同样标志着此时的降温设备是在运作。
5 结论
该温度控制系统具有操作简单、编程方便、测量精度高的优点，在对系统电路进行整体检验时可方便查询出错点，有利于修正。同时温度调控的智能化，利用程序的编译来进行自动化的设定，只要先对系统的温度测量范围进行设定，之后的温度控制就可以由系统自行进行判定执行，这样就不用人为的进行升温与降温操作，利用该特点可设计出智能化温控设备，可用于温室栽培、冷藏等领域。
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论文作者:陈勇,朱秋琴,秦本涛
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/26
标签：温度论文; 单片机论文; 系统论文; 测量论文; 电路论文; 温度传感器论文; 蜂鸣器论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;